據(jù)悉，麻省理工學院研究人員設計了一種方法，可以無線地為可攝入的小型電子設備供電，吞咽后可以無限期地消化消化道，這樣的裝置可以用于感測胃腸道中的狀況，或攜帶要長期運送的小量藥物儲存器。
麻省理工學院Koch研究所綜合癌癥研究機構和布里格姆婦女醫(yī)院的胃腸病學家兼生物醫(yī)學工程師Giovanni Traverso說，尋找安全高效的電源是開發(fā)這種可攝入電子設備的關鍵一步。
Traverso說：“如果我們建議系統(tǒng)長期存在于身體，權力就變得至關重要。“高效的無線傳輸功率開辟了新的可能性，因為我們開始解決這個問題。“
4月27日發(fā)表在《科學報告》雜志的論文是基于從身體外的天線到消化道內的另一個天線的無線傳輸。該方法產(chǎn)生足夠的能量來運行可以監(jiān)測胃中特定營養(yǎng)物或氣體的心率、溫度或水平的傳感器。
麻省理工學院前麻省理工學院研究生Abubakar Abid說：“現(xiàn)在我們無法在長時間內測量核心體溫或微量營養(yǎng)素濃度，而這些設備可以開始做這樣的事情。”
無線傳輸
研究團隊已經(jīng)在不同類型的可攝入電子設備上工作了幾年，包括可以監(jiān)測生命體征的傳感器，以及可以在消化道中保持數(shù)周或數(shù)月的藥物輸送車輛。為了為這些設備供電，該團隊一直在探索各種選擇，包括由與胃酸的相互作用提供動力的電池。
然而，使用這種類型的電池單元的一個缺點是隨著時間的推移，金屬電極停止工作。在他們最近的研究中，該團隊想要提供一種方法來為他們的設備供電而不使用電極，使他們無限期地停留在胃腸道。
研究人員首先考慮了使用近場傳輸?shù)目赡苄?，即在兩個天線之間進行距離非常小的無線能量傳輸。這種方法現(xiàn)在用于一些手機充電器，但由于天線必須非?？拷谝黄?，研究人員意識到，在所需的距離上傳輸功率將不會達到5-10厘米。
相反，他們決定開發(fā)中場傳輸，可以在更長的距離內傳輸電力。斯坦福大學的研究人員最近已經(jīng)開始利用這一策略為起搏器供電，但沒有人嘗試將其用于消化道的器械。
使用這種方法，研究人員能夠將功率100?200微瓦提供給他們的設備，這是不是足夠小的電子設備供電還很難說。每10秒無線傳輸溫度讀數(shù)的溫度傳感器將需要大約30微瓦，攝像機每秒需要10到20幀。
在進行的一項研究中，外部天線能夠在2至10厘米的距離范圍內傳輸功率，研究人員發(fā)現(xiàn)能量轉移不會導致組織損傷。
“我們能夠有效地將身體外的發(fā)射器天線的功率發(fā)送到身體內的天線，并以最小化輻射被組織本身吸收的方式進行，”Abid說。
卡內基梅隆大學材料科學和生物醫(yī)學工程副教授克里斯托弗·貝廷格(Christopher Bettinger)將這項研究描述為快速增長的可攝入電子領域的“偉大進步”。
“這是植入式設備的一個經(jīng)典問題：您如何為他們提供動力?他們在使用無線電力方面做得非常好，”Bettinger說，他沒有參與研究。
電池的替代品
對于這項研究，研究人員使用6.8毫米邊的方形天線。內部天線必須足夠小，才能吞咽，但是外部天線可以更大，這樣可以產(chǎn)生更大量的能量。Traverso表示，外部電源可以用于連續(xù)供電內部設備或對其充電。
他說：“建立替代電池和電源來確定胃腸道裝置的功能，這真的是一個概念驗證。”
史密斯說：“這項工作結合亞閾值電子技術，低功耗片上系統(tǒng)以及新穎的封裝小型化技術的進步，可以實現(xiàn)許多傳感，監(jiān)測甚至刺激或致動應用。”
研究人員正在繼續(xù)探索為胃腸道裝置供電的不同方法，希望他們的設備能在大約五年內準備進行人體測試。
Traverso說：“我們正在開發(fā)一整套可以長時間保持在胃里的其他設備，并且根據(jù)不同尺寸，我們希望保持多長時間。” “我懷疑，根據(jù)不同的應用，一些為其提供動力的方法可能比其他方法更適合。”
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